차세대 메모리 반도체 자성메모리(M램)의 안정성·효율성을 높이는 기술을 국내 연구진이 세계 최초로 개발했다. 왼쪽부터 고려대 김영근 교수, 정은진 연구원, 전유상 박사, 서울대 남기태 교수. 사진 과학기술정보통신부

차세대 메모리 반도체인 자성메모리(MRAM)의 안정성과 효율성을 획기적으로 높일 수 있는 기술을 국내 연구진이 세계 최초로 개발했다.

7일 과학기술정보통신부에 따르면, 고려대 김영근 교수 연구팀(제1저자 전유상 박사, 정은진 연구원)과 서울대 남기태 교수 연구팀은 외부 자기장 없이 상온에서 전자의 스핀(자기 성질) 방향을 제어할 수 있는 새로운 자성 나노 나선 구조를 만들고, 이를 이용해 스핀을 선택적으로 이동시키는 기술을 개발했다.

연구팀은 금속 결정화 과정을 전기화학적으로 제어하여 3차원 자성 나노 나선 구조를 제작하는 데 성공했고, 자체 회전성으로 스핀을 선택적으로 이동시킬 수 있음을 최초로 밝혀냈다. 또한 이 구조를 통과한 스핀이 상온에서도 기존보다 멀리 이동할 수 있음을 확인했다.

D램 등 기존 반도체는 전자의 전하를 기반으로 작동하는데, M램은 전하와 스핀을 활용해 정보를 저장·처리·전달하며 전원이 꺼져도 정보가 남는다. 삼성전자와 TSMC 등이 M램을 차량용 반도체에 적용하려고 준비하고 있다.

M램은 D램보다 처리 속도가 빠르고 전력 소모가 낮으나, 스핀 방향을 바꾸려면 외부 자기장·전류 같은 동력이 필요하고 저장 용량을 늘리기 어려운 점이 한계로 지적됐다. 그런데 이번에 국내 연구진이 이런 M램의 한계를 극복할 수 있는 과학적 기반을 만든 것이다.

김영근 교수는“기존 방식보다 쉽고 안정적으로 소자를 제작할 수 있으며, 범용성이 뛰어나 후속 연구를 통해 새로운 응용 분야 개척에 이바지할 것으로 기대한다”라고 말했다.

연구 성과는 세계 최고 권위 학술지인 ‘사이언스(Science)’에 지난 4일 게재됐다. 이번 연구는 과기정통부국가반도체연구실사업과 기초연구사업(중견연구)의 지원으로 수행되었다.